太赫兹透镜天线的进展研究

太赫兹天线是未来第六代移动通信（6G）的重要组成部分,其中太赫兹透镜天线因其高增益、稳定的辐射特性、低成本等优点,受到广泛关注。太赫兹透镜天线不存在馈源遮挡的问题,能够实现多种波束控制功能,其聚焦功能可应用于成像系统,也可在测试装置中起波束准直的作用。太赫兹制作工艺的进步使太赫兹透镜天线的加工精度更高、效果更好,也进一步促进太赫兹透镜天线的发展。本篇综述总结了近五年报道的太赫兹透镜天线,综合其功能、制作工艺、形态、应用场景等特点对它们进行介绍。     

一种宽带高增益太赫兹透镜天线及其组阵设计

给出了一种宽带高增益的太赫兹介质透镜天线的设计方法，该太赫兹透镜的中心工作频率为220 GHz,工作带宽超过20 GHz,透镜外形为边长118 mm的方形。太赫兹透镜采用平凸透镜形式，透镜材料选用低损耗的氧化铝陶瓷，介质透镜前后表面带有阻抗匹配层，起到减小空气-介质交界面电磁波反射的作用。综合采用上述3种设计手段的太赫兹透镜天线实现了高增益和高效率。在太赫兹透镜天线容差分析的基础上，加工了太赫兹馈源网络和透镜样机，并进行了实物测试。实测太赫兹馈源网络的驻波、极化隔离度、天线增益和天线方向图均与仿真较为接近。进一步，将该阵列单元用于组阵以继续提高太赫兹天线增益，给出了周期组阵和非周期组阵2种布阵设计。计算结果表明，通过非周期组阵设计的透镜阵列天线，可以将栅瓣电平由-8.38 dB抑制到-13.69 dB。     

低副瓣多波束Rotman透镜天线设计

设计了一个工作于Ka频段的16波束H面波导结构低副瓣多波束Rotman透镜天线.各相邻波束间隔小于半功率波束宽度.采用相邻波束副瓣对消的原理实现了降低副瓣目的.实测结果表明,与未采取对消的天线相比,天线副瓣电平平均降低了10 dB.给出了H面喇叭激励下透镜内电磁场计算公式及阵列轮廓的截获损耗.螺钉移相器的应用缩小了透镜...     

A multi-beam planar lens antenna for UAV relay datalink

龙伯透镜天线表面放置多个馈源即可在同一频段或跨频段同时产生多个扫描波束跟踪多个目标,针对这一特点,设计了适用于C频段无人机中继数据链的紧凑多波束平板透镜天线。采用矢量球面波函数展开法结合差分进化算法优化设计透镜天线,仿真分析了单个Vivaldi天线照射3层直径160 mm平板透镜天线,天线增益优于传统均匀分层的透镜天线。同时,采用16个Vivaldi天线组成半圆环阵照射平板透镜天线,通过扫描波束的馈电切换,实现宽角范围的多波束覆盖。仿真结果表明:平板透镜天线在宽频带(5.5~9.0 GHz)内具有良好的多波束辐射特性。     

太赫兹超大规模3D MIMO系统中的波束斜视补偿技术

太赫兹通信技术凭借超大带宽的优势成为未来6G的关键技术之一。超大规模天线技术可以提供巨大的空间分集,提升频谱效率,同样在6G无线通信系统中起到关键作用。在基于移相器的大规模MIMO（multiple-input multiple-output）混合预编码中,由于太赫兹频段的超大带宽,不同频率的子载波信道具有不同的等效空间方向,发射端波束形成时,将带来严重的波束斜视问题。与此同时,随着天线规模的不断增长,超大规模天线技术的应用更进一步扩大了波束斜视造成的影响。针对超大规模天线阵列带来的波束斜视现象放大问题,本文利用3D MIMO平面天线阵列来改善这一状况。为进一步改善太赫兹频段超大带宽引起的波束斜视,在3D大规模MIMO系统的基础上,本文提出了基于两层移相器结构的混合预编码方案,利用第二层移相器,对不同频率的子载波进行补偿。实验结果表明,本方法可以有效地弥补波束斜视带来的阵列增益损失,实现接近最优的系统性能。      

太赫兹开槽介质型菲涅尔天线设计

设计了一款工作在太赫兹频段的开槽介质型菲涅尔(Fresnel)透镜天线,该天线由馈电结构和透镜结构两部分组成。利用CST微波仿真软件,首先设计波纹喇叭馈电结构,其次基于波纹喇叭馈电结构设计开槽型菲涅尔透镜天线,分析全波周期、焦径比和子区等对天线性能的影响,通过横向和纵向对比,确定最佳天线参数。结果表明对天线性能影响从大到小分别为:焦径比、全波周期、子区。焦径比F/D=3、全波周期w=3、子区P=4为最佳天线参数,波纹喇叭馈电天线经过开槽介质型菲涅尔透镜天线聚焦后,天线的增益提升12.5 d B。     

太赫兹赋形面天线技术

概述太赫兹技术及太赫兹天线的发展状况,重点介绍太赫兹赋形面天线技术在太赫兹准光系统、太赫兹通信系统、太赫兹成像系统等领域的应用。赋形面技术主要基于能量守恒定律和等光程原理将出射的波束转换成要求的场分布。赋形反射面能够实现标准反射面不能实现的功能。因此赋形面技术将大大拓展现有的反射面天线在太赫兹波段的应用场景,并能提高太赫兹系统的幅度和相位特性。     

基于准光技术的亚毫米波单脉冲天线

基于准光技术在亚毫米波频段设计分析了一种单脉冲天线。采用时域有限差分(FDTD) 方法结合斯特拉顿-朱兰成(Stratton-Chu)公式对该准光单脉冲天线的辐射性能进行了严格的仿真分析。为了进一步抑制辐射和波束方向图的副瓣电平,引入了修正的介质双曲透镜。仿真结果表明,该单脉冲介质透镜天线具有良好的辐射特性,其中和波束的副瓣电平小于-11.9 dB,差波束的零深低于-30.0 dB,不平衡度小于0.50 dB。     

介质目标的太赫兹波近场散射特性计算

该文基于广义的Kirchhoff阻抗边界条件和物理光学法,对太赫兹频段介质体近场散射特性进行了研究,给出了介质体近场散射计算公式。针对在太赫兹频段由于波长较短引起的计算量大幅提升的问题,采用以面元为计算单位、以像素为遮挡判断单位的太赫兹频段介质体近场散射的快速计算方法,该方法在保证计算精度的基础上,大大降低了计算复杂度和时间。计算了圆柱体和鸭嘴形介质体在不同距离下的雷达散射截面,并且分析了电磁场与物体相互作用后,相位项在不同距离、不同频率下对介质体雷达散射截面的影响。     

被动毫米波焦面阵成像技术

以安全检查为背景,研究了近距离被动毫米波焦面阵成像的关键技术.其中包括采用基模高斯波束法结合几何光学法分析系统准光路;设计多波束宽角扫描透镜天线;提出一种新型结构的介质棒天线,该天线易于排成紧密阵列且能够为透镜提供良好的照射;研制工作于Ka频段的高灵敏度、小型化直接检波式辐射计等.给出了20通道被动毫米波焦面阵成像系统...     

一种超宽带高增益的透镜喇叭天线的设计

该文提出了一种适用于微波通讯系统的超宽带(UWB)高增益透镜喇叭天线。该天线由一个E面喇叭天线,一个球面介质透镜和双楔形金属脊构成,并由同轴线馈电及采用HFSS软件仿真。仿真结果表明,双楔形金属脊可有效增加喇叭天线的带宽,有效频率带宽达到2～12 GHz。当仅使用双金属脊来改善喇叭天线的性能时,喇叭天线的增益会下降。文中使用一种球面介质透镜来补偿双金属脊对喇叭天线增益的负面影响。仿真结果表明,该透镜可有效提高喇叭天线在工作频带内的增益。采用透镜和金属脊结构后,该喇叭天线拥有超宽带,高增益和较强的定向辐射性能,可以应用于各类通信系统中。     

Ku band pattern reconfigurable substrate integrated waveguide leaky wave horn antenna

A dual band substrate integrated waveguide H plane sectoral horn antenna with reconfigurable radiation characteristics has been proposed in this paper. Designed antenna acts as a perfect broadside radiator at 16.1 GHz and perfect endfire radiator at 14.4 GHz frequency. Broadside radiation has been achieved by etching rectangular slots in the flared section of horn exhibiting a gain of 8.87 dBi. To achieve perfect endfire radiation, dielectric loading is done at the edge of horn and at this frequency antenna shows a gain of 11.3 dBi. The horn and the loaded dielectric are integrated by using the same single substrate resulting in easy fabrication and low cost. The proposed design has been fabricated and measured results are in good agreement with the simulated results.     

毫米波宽带高增益介质超透镜天线设计

基于相位补偿原理设计了一款全介质超透镜,同时使用喇叭天线作为馈源对透镜进行馈电.通过改变介质单元的高度和介质孔的深度实现了足够的相位补偿范围.该透镜共有506个单元,口径尺寸为44.6 mm×46.6 mm,该传输阵天线的焦径比为1.天线使用全介质结构,因此使用3D打印技术加工该全介质透镜,可以降低加工成本.仿真与实测...     

Optimum Design of Millimeter-Wave Double-Dielectric Fresnel Zone-Plate Lens and Antenna

The microwave/millimeter-wave Fresnel-zone plate (FZP) lenses differ substantially in construction, technology and applications from their optical analogs and require specific design equations and methods of electromagnetic analysis. In this paper, optimum design equations for double-dielectric lossless FZP lens are derived. The best and worst choices of the permittivity ratio for lossless dielectrics are discussed in detail. In addition, the influence of dielectric losses on the lens thickness for given wavelength and permittivities is examined. Two versions of a 57.5-GHz double-dielectric phase-reversal zone plate are used as focusing elements of FZP lens antenna. The antenna co-polar and cross-polar radiation patterns, aperture efficiency and frequency bandwidth are analyzed numerically and contrasted with those of half-blocked FZP and horn lens antennas.     

龙伯透镜的仿真优化设计

针对龙伯透镜的诸多优点,设计了适用于工作频段8～13 GHz的平面波激励源与9～11 GHz的喇叭馈源激励源的龙伯透镜。依据龙伯透镜的设计思想和方法,并结合遗传算法,对其进行优化设计,达到最优化效率。通过CST软件对龙伯透镜的几何尺寸进行仿真,得出了龙伯透镜的各种性能指标。仿真结果表明：平面波激励源经龙伯透镜作用后很好的聚焦于一点,而喇叭馈源在其作用后则得到平面波的特性。     

Rectangular backfire antenna with dielectric surface-wave structure

A rectangular backfire antenna with a dielectric surface-wave structure is studied experimentally and theoretically. It consists basically of two plane rectangular reflectors and a dielectric structure as a rectangular-waveguide prolongation. The antenna construction is compared with those of ordinary dielectric and horn antennas, which are more than twice the length of the backfire antenna. Simple expressions for the far-field radiation pattern are derived in terms of the near-field amplitude distribution.     

一种基于MEMS工艺的新型THz喇叭天线的设计与仿真

提出了一种太赫兹(THz)天线结构:基于MEMS 工工艺的THz角锥喇叭天线.采用电磁场仿真软件Ansoft HFSS 11对所设计的天线进行仿真,结果表明该天线在2.5 THz ～3.5 THz范围以内具有回波损耗优于-25 dB,增益大于15 dB的良好特性.天线可以通过MEMS工艺(硅基KOH刻蚀)制造,具有加工...     

An improved solution for integrated array optics in quasi-opticalmm and submm receivers: the hybrid antenna

A dielectric lens antenna that is a special case of an extended hemispherical dielectric lens and is operated in the diffraction-limited regime is considered. The dielectric lens antenna is fed by a planar antenna that is mounted on the flat side of the dielectric lens antenna, using it as a substrate, and the combination is termed a hybrid antenna. Beam pattern and aperture efficiency measurements were made at millimeter and submillimeter wavelengths as a function of the extension of the hemispherical lens and of lens size. An optimum extension distance for which excellent beam patterns and simultaneously high aperture efficiencies can be achieved is found experimentally and numerically. At 115 GHz the aperture efficiency was measured to be (76±6)% for a diffraction-limited beam with sidelobes below -17 dB. Results for a single hybrid antenna with an integrated superconductor-insulator-superconductor (SIS) detector and a broadband matching structure at submillimeter wavelengths are presented. The hybrid antenna is space efficient in an array due to its high aperture efficiency, and is easily mass produced, thus being well suited for focal plane heterodyne receiver arrays     

Integrated lens with dielectric horn antenna

A dielectric lens is integrated into a dielectric loaded horn antenna to produce a high efficiency feed for reflectors. The lens is designed using simple ray theory and analysed using modal matching techniques. Aperture efficiencies of up to 78% are achieved while retaining good crosspolar performance.<>     

Ka波段被动成像天线系统设计与研究

针对Ka波段被动毫米波成像应用,设计了一种由介质透镜与缝隙天线馈源组成的天线系统.将高斯波束理论与光学透镜中的等光程原理相结合,设计了一种大口径介质透镜,该透镜具有良好的聚焦性能;提出了一种新型的共轭直线渐变缝隙天线作为透镜的馈源,该天线呈现出截面小、增益高的优良性能,可以在焦平面上形成密集的馈源阵列.将所设计的介质透镜与馈源天线进行联合仿真,研究结果表明,该系统在距透镜2.81 m处聚焦焦斑为50 mm,并且在±5°偏焦时聚焦焦斑都小于60 mm.所设计的天线系统具备很好的聚焦性能且具有较大的偏焦工作角度,可以适用于被动毫米波近场成像应用.